矩形环‑康托尔复合分形天线的制作方法

本发明涉及一种矩形环-康托尔复合分形天线。

背景技术：

第五代移动通信是目前最新一代的移动通信系统，具有较宽的通信频段、较快的数据传输速度和良好的用户体验。第五代移动通信能够在未来10年内满足移动数据流量高速增长的需求，在频谱利用率和能效方面具有独特的优势，具有巨大的发展潜力，将在2020年前后投入商业运营。2015年，国际电信联盟确定了第五代移动通信的三个候选频段为：3.300～3.400GHz、4.400～4.500GHz和4.800～4.990GHz。

天线是移动通信系统的重要组成部分，天线的性能直接决定着移动通信系统的整体性能。第五代移动通信系统对天线的性能要求是：尺寸足够小，能够放进移动终端里；辐射性能好，工作频带内天线回波损耗最小值小于-20dB；工作带宽大，天线工作频带需要覆盖第五代移动通信的三个候选频段。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种尺寸小、工作频带内的回波损耗最小值小于-20dB、能够完全覆盖第五代移动通信的三个候选频段的矩形环-康托尔复合分形天线。

本发明的目的通过如下技术方案实现：一种矩形环-康托尔复合分形天线，它包括基板、天线接地板以及辐射贴片；所述天线接地板和辐射贴片分别贴合在基板的两面上；所述辐射贴片为矩形环-康托尔复合分形结构；所述矩形环-康托尔复合分形结构使用康托尔分形结构作为基本结构，且基本结构内部的小正方形金属区域用矩形环分形结构替代。

优选地，所述天线接地板是全金属接地结构。

优选地，所述矩形环-康托尔复合分形结构使用至少2阶的康托尔分形结构。

优选地，所述矩形环-康托尔复合分形结构使用至少3阶的矩形环分形结构。

优选地，所述矩形环-康托尔复合分形结构下侧边沿中心设有天线馈电点。

优选地，所述基板为低损耗微波陶瓷基板，其相对介电常数为35-40。

优选地，所述基板的形状为矩形，尺寸是20mm±1mm×20mm±1mm，厚度为1mm±0.1mm。

优选地，所述矩形环-康托尔复合分形辐射贴片总尺寸是16mm±1mm×16mm±1mm。

优选地，所述天线接地板和辐射贴片的材质为铜、银、金或铝。

较之现有技术而言，本发明的优点在于：现有分形结构只有外部边沿曲线具有自相似结构，天线内部大部分地方仍然是整块的金属辐射片，射频电流能够较为均匀分布的地方局限于边沿曲线附近。而本发明设计的矩形环-康托尔复合分形结构将两种分形结构相结合，是宏观分形结构和微观分形结构的统一，从宏观上看，天线的形状保持康托尔分形结构不变，而微观上天线内部每个小正方形金属区域是一个微型的矩形环分形结构，天线的边沿曲线和内部金属辐射区都将具有自相似结构，天线的宽频带工作性能将大大提高，辐射强度明显增强，完全能够满足第五代移动通信系统对天线的性能要求。

附图说明

图1为0阶康托尔分形结构。

图2为1阶康托尔分形结构。

图3为2阶康托尔分形结构。

图4为1阶矩形环分形结构。

图5为2阶矩形环分形结构。

图6为3阶矩形环分形结构。

图7是本发明所述辐射贴片的一种实施例的结构示意图。

图8为图7所示实施例的回波损耗(S₁₁)性能图，图中的横坐标表示频率Frequency(GHz)，纵坐标表示回波损耗强度(The return loss of the antenna(dB))。

标号说明：1基板、2辐射贴片、3天线馈电点。

具体实施方式

下面结合说明书附图和实施例对本发明内容进行详细说明：

一种矩形环-康托尔复合分形天线，它包括基板、天线接地板以及辐射贴片；所述天线接地板和辐射贴片分别贴合在基板的两面上；所述辐射贴片为矩形环-康托尔复合分形结构；所述矩形环-康托尔复合分形结构使用康托尔分形结构作为基本结构，基本结构内部的小正方形金属区域用矩形环分形结构替代。

所述天线接地板是全金属接地结构。

如图1至图3所示，其是康托尔分形结构的迭代过程示意图。在康托尔分形结构的迭代过程中，其原始结构为正方形贴片；将其等分为4行4列16个小正方形，删除第1行第3列、第2行第1列、第3行第4列、第4行第2列的小正方形，剩下12个小正方形，构成1阶康托尔分形结构；将1阶康托尔分形结构的每个小正方形再分别做康托尔分形迭代，得到2阶康托尔分形结构。按照这种方法继续迭代，则可得到高阶康托尔分形结构。

如图4至图6所示，其是矩形环分形结构的迭代过程示意图。在矩形环分形结构的迭代过程中，1阶矩形环分形结构是一个边长为a的1层矩形环，线宽为0.1a；2阶矩形环分形结构是在1阶矩形环分形结构内部嵌套了一个旋转45度的第2层矩形环，其线宽是第1层矩形环的一半；3阶矩形环分形结构是在2阶矩形环分形结构内部再嵌套一个旋转45度的第3层矩形环，其线宽是第2层矩形环的一半；按照这种方法继续迭代嵌套，则可得到高阶矩形环分形结构。

所述矩形环-康托尔复合分形结构使用至少2阶的康托尔分形结构和至少3阶的矩形环分形结构，天线馈电点最好位于所述矩形环-康托尔复合分形结构下侧边沿中心。

所述基板为低损耗微波陶瓷基板，其相对介电常数为35-40。所述基板的形状优选为矩形，尺寸是20mm±1mm×20mm±1mm，厚度为1mm±0.1mm。

所述矩形环-康托尔复合分形辐射贴片总尺寸最好是16mm±1mm×16mm±1mm。

所述天线接地板和辐射贴片的材质为铜、银、金或铝。

下面给出本发明的一具体实施例：

本实施例上设有天线接地板和辐射贴片2，分别贴合在基板1的两面上，天线接地板是全金属接地结构，辐射贴片2结构如图7所示。

本实施例使用尺寸为16mm±1mm×16mm±1mm的2阶康托尔分形结构作为基本结构，将其内部144个尺寸为1mm×1mm的小正方形区域用3阶矩形环分形结构替代，组成了矩形环-康托尔复合分形结构的辐射贴片2。天线馈电点3位于矩形环-康托尔复合分形结构下侧边沿中心。

本实施例的基板1为低损耗微波陶瓷基板，其相对介电常数为35-40。基板1的形状为矩形，尺寸是20mm±1mm×20mm±1mm，厚度为1mm±0.1mm。

图8给出了本发明实施例的回波损耗(S₁₁)性能图。从图8可以看出，实测结果显示本实施例的天线的工作中心频率为4.21GHz，天线工作频带范围为3.178～5.281GHz，工作带宽为2.103GHz，在整个工作频带内天线回波损耗都低于-10dB，回波损耗最小值为-45.39dB。实测结果显示，本实施例的天线完全覆盖了第五代移动通信的三个候选频段：3.300～3.400GHz、4.400～4.500GHz和4.800～4.990GHz。

本发明具有以下突出的优点和显著的效果：天线尺寸仅为20mm×20mm×1mm，比人的两个手指节还要小，可以放进小型的移动通信设备中；天线回波损耗最小值达到-45.39dB，优于工作频带内天线回波损耗最小值小于-20dB的常规要求；天线工作频带完全覆盖了第五代移动通信的三个候选频段，且有较大的性能冗余，保证了天线在各种不可预知的恶劣环境中能够正常工作。本发明所记载的天线兼具尺寸小、回波损耗低、工作带宽大的优点，在第五代移动通信系统中具有广阔的应用前景。